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EINLEITUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Fluidkupplungen und insbesondere
Schnellkupplungen, die in Fluidleitunssystemen verwendet werden,
um die Montage und die Demontage zu erleichtern, und ferner insbesondere
Schnellkupplungen, die integrierte Ventile enthalten, die für Anwendungen
in Kraftstofftank-Befüllsystem
geeignet sind.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG:
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In
der US-Automobilindustrie sind seit vielen Jahren Schnellkupplungen
verbreitet im Einsatz. Obgleich sie für zahlreiche Anwendungen verwendbar sind,
werden Schnellkupplungen typischerweise in Kraftstoffversorgungssystemen
und Dampfrückführsystemen
verwendet. Die einfachste und kostengünstige Konstruktion ist eine
Kunststoffgehäuse-Schnellkupplung
des weiblichen Typs, die lösbar mit
einem Metallrohr-Endstück
verbunden wird. Das entgegengesetzte Ende des weiblichen Gehäuse bildet
typischerweise einen Schaft, der an seiner äußeren Umfangsfläche eine
Anzahl von axial beanstandeten Zacken hat und über den ein Rohrendstück aus Nylon
oder elastischem Kunststoff gepresst ist. Eine derartige Anordnung
ist im US-Patent 5,542,712, erteilt am 6. August 1996 mit dem Titel "Quick Connector Housing
With Elongated Barb Design" beschrieben.
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Die
US 3,667,161 , die die Grundlage
für den Oberbegriff
von Anspruch 1 bildet, beschreibt eine Schnellkupplung zum Verbinden
von Kunststoffbehältern
mit einem zentralen Verteilungssystem für Getränke. Der Schnellkupplungskörper, der
aus zwei durch Einschnappen zu verbindenden Abschnitten gebildet
ist, die ein Ventil enthalten, um den Fluidweg geschlossen zu halten,
solange keine Verbindung mit einem männlichen Kupplungsstück besteht,
hat einen Flanschabschnitt, der in ein Loch des Kunststoffbehälter eingeschnappt
wird. Der äußere Abschnitt nimmt
den Flanschabschnitt und den Ventilkörper auf. Wie es für ein derartiges
System erforderlich sein kann, enthält das männliche Kupplungsstück zwei Ventile,
eines, um den Fluidweg geschlossen gehalten, solange es nicht mit
dem weiblichen Kupplungsstück
verbunden ist, und ein weiteres Einweg-Durchflussventil, um den
Durchfluss nur von dem Behälter zu
dem zentralen Verteilungssystem sicherzustellen.
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Obgleich
sie zur Verwendung in den vorstehend genannten Anwendungen geeignet
sind, werden die vorstehend beschriebenen Kupplungsstücke typischerweise
zum Verbinden von Fluidleitungen verwendet, die kleine Durchmesser
und geringe Anforderungen hinsichtlich des Abziehens haben. Ein Beispiel
einer derartigen Schnellkupplung ist als Kupplung des Presspassungstyps
bekannt. Dieser Kupplungstyp hat in einem Gehäuse angebrachte, auslenkbare
Finger, die eine mechanische Presspassung an einem gestauchten Abschnitt
bzw. einer Sicke erzeugen, die an dem anzuschließenden Rohr geformt ist. Das
Rohr und die Stauchung werden in das Kupplungsgehäuse über die
auslenkbaren Finger hinaus eingeführt. Die Finger erweitern sich,
um den Durchtritt der Stauchung zu ermöglichen, und ziehen sich anschließend hinter
der Stauchung zusammen und halten das Rohr in dem Gehäuse. Die Rückhaltekraft
oder Abziehkraft, d. h. die zum Abziehen des Rohres aus dem Gehäuse erforderliche Kraft,
ist von der Steifigkeit der auslenkbaren Finger abhängig. Anders
ausgedrückt
wird die Rückhaltekraft
der Kupplung des Presspassungstyps zum größten Teil durch den Widerstand
der Finger gegen die Erweiterung bestimmt. Wenn die Finger leicht ausgelenkt
werden können,
um das Einführen
der Rohrsicke zu erlauben, ist die Abziehkraft oder Rückhaltekraft
gering. Um höhere
Rückhaltekräfte zu erzielen,
müssen
die Finger steifer sein, was das Einführen der Sicke erschwert. Ferner
sind beim Entfernen steifere Finger schwieriger von Hand auszulenken,
um das Rohr zu entfernen.
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Es
gibt viele Anwendungen, die sehr hohe Abziehkräfte, jedoch geringe Einführkräfte erfordern. Eine
derartige Anwendung ist die Verbindung des Kraftstoffeinfüllstutzens
mit dem Kraftstofftank eines Fahrzeugs. Abziehkräfte von mehr als 2224 N (500 lb)
sind erforderlich. Gleichzeitig sind niedrige Einführkräfte von
nur etwa 89 N (20 lb) erforderlich. Aufgrund des Erfordernisses
von hohen Abziehkräften und
niedrigen Einführkräften sind
typische Kupplungen zum Verbinden von Kraftstoffeinfüllstutzen
mit Kraftstoffanks nicht akzeptabel. Sie sind auch in anderen Anwendungen
nicht akzeptabel, die hohe Abziehkräfte und niedrige Einführkräfte erfordern.
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Die
Verbindung von Kraftstoffeinfüllstutzen mit
Kraftstofftanks ist seit jeher besonders problematisch. Diese Verbindung
muss nicht nur unter hohen Abziehkräften standhalten, sie muss
auch eine robuste Konstruktion haben, um die Unversehrtheit des Systems über einen
längeren
Zeitraum, unter schwierigen Umgebungsbedingungen und auch unter
den bei einem Fahrzeugzusammenstoß auftretenden Stoßbelastungen
zu gewährleisten.
Als Resultat verwendet die Industrie typischerweise außen angebrachte
mechanische Schellen, die das Einfüllrohr mit einem Flanschpassstück verbinden,
das an dem Kraftstofftank montiert ist. Derartige Anordnungen erfordern
typischerweise eine relativ große
Anzahl von Teilen und ein komplexes System, was erheblichen Arbeitaufwand
während
des Herstellungsprozesses benötigt.
Ferner können
einfache, preiswertere herkömmliche
Vorgehensweise, wie zum Beispiel das Aufschweißen eines mit einem Flansch versehenen
Nippels auf die Außenfläche eines
Stahltanks, die Korrosion fördern
und möglicherweise
zukünftige
strengeren Anforderungen hinsichtlich der Strukturstabilität und Umweltbedingungen
nicht erfüllen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache und preiswerte,
aber mechanisch und umwelttechnisch robuste Verbindung zwischen
einem Rohrendstück
und einem Kupplungskörper
sowie eine Anordnung zu schaffen, bei der die vorstehend beschriebenen
Nachteile des Standes der Technik beseitigt sind.
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine Einweg-Schnellkupplung gemäß Anspruch
1. Des Weiteren sind Halteeinrichtungen vorgesehen, um den lösbaren Eingriff
zwischen dem Gehäuse
und dem männlichen
Element zu bewirken, um eine Fluidverbindung zwischen diesen zu
schaffen. Schließlich
arbeitet ein durch den Fluidfluss betätigtes Rückschlagventil so, dass es
den Fluidfluss durch den Kanal in eine Richtung bewirkt. Diese Anordnung
hat den Vorteil einer einfachen und preiswerten Konstruktion der
Schnellkupplung, die zur Verwendung bei dem Verbinden eines Kraftstoffeinfüllrohrs
mit einem Fahrzeugkraftstofftank besonders geeignet gut ist.
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Die
Schnellkupplung enthält
somit einen Flansch, der von dem Gehäuse an einer Stelle ausgeht,
die der ersten Öffnung
zum Verbinden der Schnellkupplung mit dem Behälter nahezu benachbart ist,
wobei diese Anordnung den Vorteil hat, den Großteil des Aufbaus der Schnellkupplung
innerhalb des Versorgungssystembehälters oder Kraftstofftanks
zu platzieren.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist der Flansch so ausgelegt, dass
er Flexibilität bei
der Herstellung bietet, wobei er vorab am Kraftstofftank angebracht
werden kann, beispielsweise durch Verschweißen, wobei der Schnellkupplungskörper in
einem späteren
Prozessschritt eingebaut wird, oder alternativ mit der Schnellkupplung
vorab zusammengebaut werden kann und in einem Schritt als einzelne
Baugruppe an dem Kraftstofftank montiert werden kann. Ferner wirken
der Flansch und der Schnellkupplungskörper zusammen, sodass sie eine Einmal-Einschnappverbindung
zwischen diesen Bauelementen bilden. Diese Anordnung hat den Vorteil,
dass sie die vereinfachte Montage der Schnellkupplung innerhalb
des Kraftstofftanks erlaubt.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung enthält
das Rückschlagventil
ein Ventilelement, das innerhalb des Durchgangskanals zwischen einer
geschlossenen Position, in welcher das Ventilelement mit einem feststehenden
Ventilsitz in Berührung
ist, und einer offenen Position verschiebbar angeordnet ist, um
eine offene Verbindung durch diesen herzustellen. Ferner hat das
Ventilelement eine profilierte Auftrefffläche, die zu dem Kraftstoffeinlassende
der Schnellkupplung weist. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass
sie den Kraftstofftank abdichtet, um das Austreten von flüssigem Kraftstoff oder
Dämpfen
zu jeder Zeit zu verhindern, mit Ausnahme der Zeit, wenn der Kraftstofftank
aktiv gefüllt wird.
Wenn Kraftstoff durch die Durchflussleitung fließt, trifft er auf die Auftrefffläche des
Ventilelements und bewegt es momentan in die offene Positionen, worauf
der Tank wieder abgedichtet wird, sobald der Auftankprozess vollendet
ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung enthält die Schnellkupplung Führungseinrichtungen,
die eine seitliche und drehende Relativverschiebung des Ventilelements
verhindern, wenn es zwischen seiner offenen und seiner geschlossenen Position
bewegt wird. Dies verhindert ein Festklemmen oder eine Fehlfunktion
der Rückschlagventilfunktion.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung spannt eine Druckfeder das Ventilelement kontinuierlich
zur geschlossenen Position hin vor. Ferner sind die Führungseinrichtungen
mit dem Gehäuse
einstückig
geformt. Diese Anordnung bietet ein einfaches, einstückiges äußeres Gehäuse, das einen
Käfig bildet,
der verhindert, dass fehlerhaft eingebaute, lose oder defekte Teile
in den Kraftstofftank fallen.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet eine Halteeinrichtung der Bauart
mit radialer Freigabe, um die Größe des Schnellkupplungskörpers außerhalb
des Kraftstofftanks zu minimieren.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt enthält
die vorliegende Erfindung ein allgemein zylindrisches, längliches
Schnellkupplungsgehäuse,
bei dem die Anschlussflanscheinrichtung nahe an einem Ende angeordnet
ist, wobei ein erster wesentlicher Abschnitt der Kupplung innerhalb
des Behälters
verläuft und
der zweite kleinere Abschnitt der Kupplung außerhalb des Behälters verläuft. Die
Halteeinrichtung wirkt so, dass sie die männliche Leitung mit dem zweiten
Abschnitt des Gehäuses
in Eingriff bringt. Eine erste Lagerfläche ist innerhalb des Durchgangskanals
allgemein axial zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseabschnitt
angeordnet und eine zweite Lagerfläche ist innerhalb des Durchgangskanals
axial von der ersten Lagerfläche
beanstandet angeordnet. Die beiden Lagerflächen erlauben eine Gleitsitz-Verschiebung
zwischen dem Gehäuse
und der männlichen
Leitung, während
eine radiale und drehende Relativverschiebung zwischen diesem verhindert
wird. Diese Anordnung bietet eine sehr robuste Anschlussverbindung
zwischen dem Kraftstoffeinfüllrohr
und dem Schnellkupplungskörper,
während seine äußeren Profilabmessungen
minimiert werden.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung ist der Flansch aus thermoplastischem
Material aufgebaut, wie zum Beispiel Polyethylen hoher Dichte, das
mit dem Kraftstofftank verschmelzbar ist, und der Schnellkupplungskörper ist
aus unähnlichem
leitfähigem
thermoplastischem Material aufgebaut, wie zum Beispiel leitfähigem Nylon.
Diese Anordnung hat den Vorteil, dass Material für den Flansch verwendet wird,
das mit Materialien kompatibel ist, die typischerweise von Tankherstellern
verwendet werden, sowie ein unterschiedliches Material für den Schnellkupplungskörper, das
die für
eine robuste Konstruktion erforderliche Struktur und Steifigkeit
bietet. Gemäß einem
weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird die erfindungsgemäße Schnellkupplung
mit Einweg-Durchflussventil in einem Kraftstofftank-Befüllsystem
verwendet, das einen im wesentlichen geschlossenen Kraftstoffvorratstank,
ein Einfüllrohr
mit einem Einlassende und einem Auslassende und eine Einrichtung
zum selektiven Verschließen
des Einlassendes des Kraftstoffrohres enthält. Diese Einrichtung zum Verschließen des
Einlassendes kann ein zweites Rückschlagventil
sein. Diese Anordnung hat den Vorteil, das Kraftstoffeinfüllrohr abzudichten,
um so das Austreten von Dämpfen
daraus zu verhindern. Das Befüllsystem
kann mit Einrichtungen ergänzt werden,
die das Einfüllrohr
durch einen Holzkohlebehälter
und schließlich
zurück
in den Kraftstofftank belüften.
Diese Anordnung hat den Vorteil, dass sie innerhalb des Kraftstoffrohres
einen Bereich mit reduziertem Druck schafft, sodass beim Auftanken
des zu versorgenden Fahrzeugs in dem Kraftstoffrohr enthaltene Dämpfe nicht
in der Atmosphäre
entweichen.
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Diese
und weitere Vorteile dieser Erfindung werden durch das Studium der
folgenden Beschreibung deutlich, die in Verbindung mit den Zeichnungen
bevorzugte und alternative Ausführungsformen der
Erfindung im Detail beschreibt und offenbart.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine
detaillierte Beschreibung der offenbarten Ausführungsformen nimmt Bezug auf
die beiliegenden Zeichnungen.
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1 ist
eine Querschnittsansicht einer typischen Fluideinlasskupplung für Automobil-Kraftstofftankanwendungen
nach dem Stand der Technik;
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2 ist
eine schematische Darstellung eines Kraftstoff-Befüllsystems
für einen
Automobil-Kraftstofftank, das die vorliegende Erfindung verwendet;
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3 ist
eine Stirnseitenansicht der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zur Verwendung in der Anwendung aus 2 in
vergrößertem Maßstab;
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4 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV in 3;
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5 ist
eine Querschnittsansicht des Montageflansches der Durchflussventil-Schnellkupplung aus 3 und 4 in
vergrößertem Maßstab;
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6 ist
eine (Querschnittsansicht entlang der Linie VI-VI in 4,
wobei jedoch die Halteeinrichtung in geschlossener und verriegelter
Position ist; und
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7 ist
eine ausgebrochene (Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform
eines Ventilelements für
die vorliegende Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTE UND ALTERNATIVER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Wie 1 zeigt,
stellt ein Kupplungskörper 10 nach
dem Stand der Technik eine typische Verbindung eines Kraftfahrzeug-Stahlkraftstofftanks 12 mit einem
Gummi-Kraftstoffeinfüllrohr 14 dar.
Der Kupplungskörper 10 hat
ein längliches
rohrförmiges
Gehäuse 16,
das einen Durchgangskanal 18 bildet und aus Kunststoff
oder einem anderen geeigneten Material aufgebaut ist und an dem
einstückig
ein ringförmiger
Montageflansch 20 angeformt ist. Der Flansch 20 wird
an dem Kraftstofftank 12 mit mehreren Nieten 22 oder
anderen geeigneten Befestigungseinrichtungen befestigt und mit diesem
durch einen O-Ring 24 abgedichtet, der in einer ringförmigen Vertiefung 26 in der
Unterfläche
des Flansches 20 angeordnet ist.
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Das
Gehäuse 18 enthält einen
nach oben gerichteten, mit Zacken versehenen Nippel 28,
der mit dem Einfüllschlauch 14 zusammengesteckt
wird und durch eine mechanische Schelle 30 in Verbindung
gehalten wird.
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Das
untere Ende 32 des Gehäuses 16 erstreckt
sich nach unten durch eine Öffnung 34 in
dem Kraftstofftank 12. Eine Rückschlagventilanordnung 36 ist
an dem unteren Ende 32 des Gehäuses 16 angeordnet.
Die Rückschlagventilanordnung 36 enthält einen
allgemein zylindrischen Körper 38,
durch den ein Kanal 40 verläuft. Der Innendurchmesser des Körpers 38 wird über den
Außendurchmesser
des unteren Endes 32 des Gehäuses 16 geschoben
und durch eine Kombination einer radial nach innen weisenden Rippe 42 des
Körpers 38,
die innerhalb einer sich nach außen öffnenden radialen Ausnehmung 44 verläuft, die
in der äußeren Umfangsfläche des
Gehäuses 16 nahe
an der unteren Öffnung
des Durchgangskanals 18 gebildet ist, in Verbindung gehalten. Die
Rückschlagventilanordnung 36 wird
ferner durch eine mechanische Schelle 48 in ihrer Position
gehalten.
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Der
Kanal 40 hat einen allgemein mittigen Bereich mit verringertem
Durchmesser, der einen Ventilsitz 48 an seiner untersten
Oberfläche
bildet, der mit der obersten Oberfläche eines becherförmigen Ventilelements 50 wirksam
in Eingriff kommt, das innerhalb des Kanals 40 verschiebbar
angeordnet ist und so arbeitet, dass es den Kanal 40 im
wesentlichen schließt,
wenn das Ventilelement 50 mit dem Ventilsitz 48 in
Berührung
ist. Das unterste Ende des Kanals 40 wird durch ein Verschlusselement 52 verschlossen,
das eine Anzahl von Eingriffszungen 54 hat, die in eine
sich radial nach außen öffnende
Ausnehmung 56 fest eingreifen, die in dem untersten Abschnitt
des Körpers 38 gebildet
ist. Eine Druckfeder 58 wirkt so, dass sie das Ventilelement 50 zu
dem Sitz bzw. zu der geschlossenen Position hin (wie dargestellt)
vorspannt. Radiale Öffnungen 60 erzeugen die
Fluidverbindung zwischen dem Kanal 40 und dem Inneren des
Tanks 12.
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Wie 1 deutlich
zeigt, ragen typische Kupplungskörper
nach dem Stand der Technik so weit aus dem Kraftstofftank heraus,
dass sie der Gefahr von Beschädigungen
ausgesetzt sind, insbesondere bei Zusammenstößen.
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Ferner
umfasst die komplexe Konstruktion eine große Anzahl von Teilen, was die
Gefahr der fehlerhaften Montage, verschiedene Fehlerquellen und
hohe Kosten mit sich bringt. Einige Fehlerarten können dazu
führen,
dass Bauteile in den Tank fallen, was zur Fehlfunktion der Kraftstoffanzeige,
Blockierung der Kraftstoffauslassleitung und Beseitigung der Rückschlagventilfunktion
führen
kann, sodass Kraftstoffdämpfe
und flüssiger
Kraftstoff über
den Einfüllschlauch
zurückspritzen
und entweichen können.
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Weitere
Probleme entstehen durch die Verwendung von unterschiedlichen Materialien,
was zu Korrosion und Lockerung auf Grund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungseigenschaften
führen kann.
Schließlich
neigen einige früher
verwendete Kunststoffmaterialien im Lauf der Zeit zum Kriechen oder
Fließen,
wenn sie einer hohen Einheitslast unterworfen sind. Ein derartiges
Kriechen ist in unterbrochenen Linien bei 61 dargestellt
und kann zu Undichtigkeiten führen.
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Wie 2 zeigt,
beseitigt die vorliegende Erfindung viele der Nachteile der Vorrichtungen
nach dem Stand der Technik durch Verwendung einer Schnellkupplung 62 in
einem Kraftstofftank-Befüllsystem 64 zum
Verbinden des Auslassendes eines Kraftstoffeinfüllschlauchs 66 mit
einem Kraftstofflagertank 68 eines zu versorgenden Fahrzeugs.
Das Einlassende des Kraftstoffeinfüllrohrs 66 ist mit
einer von außen
zugänglichen
Kraftstoffbetankungsöffnung 70 verbunden,
die typischerweise eine durch eine Scharnierklappe 74 verschlossene
Vertiefung 72 enthält,
die ein Teil der Karosserie 76 des zu versorgenden Fahrzeugs
ist.
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Das
Einlassende des Einfüllrohrs 66 steht
in Verbindung mit der Vertiefung 72 und wird durch ein erstes
Rückschlagventil 78 selektiv
abgedichtet oder verchlossen, das aus einer durch ein Scharnier
aufgehängten
Platte 80 besteht, die abdichtend auf einem feststehenden
Sitz 82 aufliegt. Die Platte 80 wird durch eine
Vorspannfeder (nicht gezeigt) in ihrer dargestellten (geschlossenen)
Position gehalten, um das Austreten von flüssigem Kraftstoff oder von Dämpfen zu
jeder Zeit zu verhindern, ausgenommen dann, wenn durch die Betankungsöffnung 70 Kraftstoff
in das System eingefüllt
wird.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
der Schnellkupplung 62 enthält ein Rückschlagventil 84, das
ein bewegliches Ventilelement 86 und einen feststehenden
Ventilsitz 88 innerhalb der Schnellkupplung 62 enthält. Eine
Druckfeder 90 spannt das Ventilelement 86 in seine
geschlossene Position in Kontakt mit dem Ventilsitz 88 vor,
der zu jeder Zeit verhindert, dass Kraftstoff oder Dämpfe aus
dem Tank 68 in das Kraftstoffeinfüllrohr 66 eintreten,
ausgenommen dann, wenn Kraftstoff in das System 64 eingefüllt wird.
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Wie
nachfolgend weiter beschrieben wird, ist die Schnellkupplung 62 an
dem Tank 68 durch einen allgemein ringförmigen Flansch 92 angebracht,
der aus schmelzbarem oder schweißbarem Material aufgebaut ist,
wie z. B. Polyethylenmaterial hoher Dichte (HDPE). HDPE-Material
wird auf Grund seiner Kompatibilität mit dem zum Aufbau des Kraftstofftanks 68 verwendeten
Material ausgewählt.
Idealerweise sind sie aus dem gleichen Material aufgebaut. Der Flansch 92 wird
mit dem Tank 68 durch Verschmelzen, Verschweißen, warmhärtendes
Schweißen
oder Reibschweißen
verbunden, um eine ringförmige Schweißeng 94 an
der Grenzfläche
zwischen diesen zu schaffen, um gleichzeitig eine zuverlässige mechanische
Verbindung sowie eine hermetische Abdichtung zu bilden, ohne dass
zusätzliche
Bauteile oder Prozesse erforderlich wären. Der Flansch 92 enthält einen
Nabenabschnitt 96, der durch eine Öffnung 98 im Tank
in das Innere des Tanks 68 ragt. Die Schnellkupplung 62 und
der Nabenabschnitt 96 des Flansches 92 sind so
profiliert, dass sie eine abdichtende Einmal-Einschnappverbindung
zwischen sich bilden, ohne dass Werkzeuge, Lehren oder ähnliche Bauteile
erforderlich wären.
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Die
Rückschlagventile 78 und 84 wirken
so, dass sie unter normalen Betriebsbedingungen eine redundante
Sperre für
Dämpfe
oder flüssigen
Kraftstoff bilden. Im Fall einer Beschädigung durch Kollision, bei
der das Einfüllrohr 66 einreißt oder
Verbindung zur Atmosphäre
erhält,
kann das Rückschlagventil 84 dazu
beitragen, den Kraftstofftank 86 im wesentlichen abzudichten,
auch wenn das zu versorgende Fahrzeug in einer umgekehrten Position
liegt.
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Emissionen
können
durch das Hinzufügen einer
Nebenentlüftung 100 weiter
reduziert werden, die gemäß der schematischen
Darstellung eine Dampfzirkuliereinrichtung, wie z.B. eine Pumpe
und ein Filter enthält,
wie etwa einen Holzkohlebehälter 102 oder
eine andere Einrichtung, um Kraftstoffdämpfe durch eine Einlassleitung 104 zur
Rückführung in
den Tank 66 abzusaugen, wie durch den Pfeil 108 angedeutet.
Diese Anordnung könnte
so gesteuert werden, dass sie kontinuierlich betätigt wird oder nur unmittelbar
vor dem Auftanken des zu versorgenden Fahrzeugs, wobei die Pumpe 102 mit
Energie versorgt wird, um einen Unterdruckbereich in dem Kraftstoffeinfüllrohr 66 zu
erzeugen, wobei dann, wenn die Auftankeinrichtung (nicht dargestellt)
in das Einlassende des Kraftstoffrohres 66 geführt wird
und das Rückschlagventil 78 öffnet, eventuell
in dem Kraftstoffrohr 66 vorhandene Dämpfe zurück in den Tank 68 gesaugt
werden.
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In 3 und 4 ist
die Schnellkupplung 62 des Kraftstofftank-Befüllsystems 64 aus 2 in vergrößertem Maßstab dargestellt.
Die Kupplung 62 enthält
ein allgemein rohrförmiges,
längliches
Gehäuse 110,
das einen Durchgangskanal 112 bildet, der eine mit A-A
bezeichnete Symmetrieachse hat. Das oberste Ende (in der Ansicht
in 4) des Durchgangskanals 110 endet in
einer Öffnung 114 zur
Aufnahme des Auslassendes des Kraftstoffeinfüllrohrs 66 (in unterbrochenen
Linien dargestellt). Der Durchgangskanal 112 verläuft axial
nach unten zu einem unteren Ende bzw. einer zweiten Öffnung 116 zur
Verbindung mit dem Inneren des Kraftstofftakns 68.
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Ein
erster Nylon-Abstandhalter 118 ist in Presspassung in den
Durchgangskanal 112 eingesetzt und enthält einen radial nach innen
gerichteten Umfangsflansch 120. Ein zweiter Abstandhalter
bzw. Hutelement 122 ist ebenfalls durch Presspassung in den
Durchgangskanal 112 axial von dem Abstandhalter 118 beabstandet
eingesetzt. Der Abstandhalter 118 und das Hutelement 112 bilden
konzentrische innere zylindrische Wandoberfläschen, die so dimensioniert
sind, dass sie eine Gleitpassung-Beziehung mit enger Toleranz mit
der äußeren Umfangsfläsche des
vorderen Endstücks
des Kraftstoffeinfüllrohrs 66 schaffen.
Der Abstandhalter 118 und das Hutelement 122 bilden
so Lagerfläschen,
die die axiale Relativbewegung zwischen dem Rohr 66 und
der Schnellkupplung 62 erlauben, jedoch eine radiale oder
drehende Relativbewegung zwischen diesen verhindern. Ferner sind
in dem Durchgangskanal 112 ein erster und ein zweiter Gummi-O-Ring 124 bzw. 126 und
ein dazwischen liegender Nylon-Abstandhalter 128 angeordnet.
Die O-Ringe 124 und 126 dienen dazu, eine redundante
hermetische Abdichtung zwischen der Innendurchmesserfläche des
Kupplungsgehäuses 110 und
der äußeren Umfangsfläche des
Kraftstoffeinfüllrohrs 66 zu
bilden.
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Das
oberste Ende des Hutelements 112 bildet eine Auflagefläche, die
als ein Anschlag/Positionierhilfe für die Vorderkante einer Stauchsicke 130 dient,
die in dem Kraftstoffeinfüllrohr 66 geformt
ist.
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Wie 3, 4 und 6 zeigen,
hat das oberste ende des Gehäuses 110 einen
allgemein rechtwinkligen Kanal 132, der an einer Position
nahe der ersten Öffnung 114 radial
durch den Kanal 112 schneidet. Ein allgemein U-förmiges Halteelement 134 ist
radial verschiebbar in dem Kanal 132 angeordnet, um das
Kraftstoffeinfüllrohr 66 selektiv
in der 4 gezeigten Position zu halten, und zwar mit einem
Vorgang, der rasch und ohne den Bedarf für Spezialwerkzeuge vollendet
werden kann. Derartige Einschnapp-Halteelemente sind durch das US-Patent
5,542,716 beschrieben. Entsprechend wird hier der Kürze halber
auf eine detaillierte Beschreibung des Aufbaus und der Bedienung
des Halteelement 134 verzichtet.
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3 und 4 zeigen
das Halteelement 134 in seiner Freigabeposition, in der
das Rohr 66 entfernt werden kann. 6 zeigt
in Teilschnittansicht mit entferntem Rohr 66 das Halteelement 134 in der
verriegelten bzw. Eingriffsposition.
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Die
Konfiguration des Aufbaus des Halteelements 134 sowie sein
Eingriff mit dem Gehäuse 110 sind
am besten in 6 dargestellt. Das Halteelement 134 ist
vorzugsweise aus Nylon oder einem anderen geeigneten thermoplastischen
Material in allgemein U-förmiger
Konfiguration gegossen. Das Halteelement 134 hat einen
Basisabschnitt 136 und zwei von diesem ausgehende elastische
Beine 138 und 140. Das freie Ende des Beines 140 hat
ein redundantes Einrastelement 146, das durch ein dazwischen
liegendes bewegliches Gelenk 146 an diesem hängt. Das
freie Ende des redundanten Einrastelements bzw. des Halters 146 bildet
eine Klinke, die in der geschlossenen Position in das freie Ende
des anderen Seines 138 eingreift, um ein redundantes Halten
des Rohres 66 in dem Gehäuse 110 zu schaffen. Elastische
gebogene Finger 142 und 144 hängen von den beiden Beinen 138 bzw. 140 herab
und umfassen in der in 6 gezeigten verriegelten Position die äußere Umfangsfläche des
Rohres 66 (nicht gezeigt). Das Halteelement 134 hat
eine Reihe von Ansätzen 152, 154, 156 und 158,
die in Oberflächen
des Gehäuses 110 nahe
an den Öffnungen
des Kanals 132 eingreifen, um das Halteelement 134 entweder
in seiner vollständig
eingeführten
und verriegelten Position zu halten, die in 6 gezeigt
ist, oder in seiner offenen oder Freigabeposition, die in 3 und 4 gezeigt
ist. Axial verlaufende Verstärkungsstreben 160 und 162 teilen
den Kanal 132 und verlaufen durch in dem Halteelement 134 gebildete
Ausnehmungen 164 und 166, um der Schnellkupplung 62 zusätzliche
Strukturfestigkeit zu verleihen. Nach der vollständigen Montage und wenn das
Halteelement 134 in einer in 6 gezeigten
Position ist, ist das Rohr 66 sicher in seiner Position
gehalten, wobei die Hinterkante der Stauchsicke 130 an
den Oberflächen
des Basisabschnitts 136, den Fingern 142 und 144 sowie
den benachbarten Abschnitten des redundanten Halteelements 146 anliegt,
die gemeinsam über
den Umfang des Rohres 66 verteilt sind.
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In 3 und 4 ist
das Halteelement 134 in seiner Freigabeposition gezeigt.
In dem Gehäuse 110 sind
radial nach innen offene axiale Nuten 168 und 170 gebildet,
in welche die Ansätze 158 bzw. 154 eingreifen,
um das Halteelement 134 in seiner gezeigten Position zu
halten. Nachdem das Einfüllrohr 66 vollständig eingeführt ist,
wie in 4 gezeigt, wird das Halteelement 134 aus
der in 3 dargestellten Position radial in die in 6 gezeigte
Position verschoben und anschließend wird das redundante Verriegelungselement 146 in
der Ansicht in 3 im Uhrzeigersinn aus der in 3 gezeigten
Position in die in 6 gezeigte verriegelte Positionen
geschwenkt.
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Wie
in 4 am besten zu erkennen ist, ist die Rückschlagventilanordnung 84 in
das Gehäuse 110 der
zweiten Öffnung 116 des
Durchgangskanals 112 benachbart integriert, um den Fluidfluss
durch diesen selektiv zu unterbre chen. Eine Anzahl von über den
Umfang beabstandeten länglichen
Erweiterungen 172, 174 und 176 verlaufen
axial (in 4 nach unten) von dem Gehäuse 110 und
umschreiben die zweite Öffnung 116.
Die freien Ende der Erweiterungen 173, 174 und 176 enden
in einem becherförmigen
Verschlusselement 178, das mit den Erweiterungen 172, 174 und 176 sowie
dem Gehäuse 110 einstückig aus
leitfähigem
Nylon oder einem anderen geeigneten starren thermoplastischen Material
geformt ist. Die Erweiterungen 172, 174 und 176 wirken mit
dem Verschlusselement 178 zusammen und bilden eine Käfigstruktur,
die einen allgemein zylindrischen länglichen Hohlraum hat, der
so dimensioniert ist, dass er die freie axiale Bewegung des Ventilelements 86 erlaubt.
Das Ventilelement 86 ist allgemein becherförmig und
hat einen profilierten Flächenabschnitt 180,
der einstückig
mit einem ringförmigen Schürzenabschnitt 182 gebildet
ist. Eine Druckfeder 90 wirkt in eine Richtung gegen die
oberste Oberfläche
(in der Ansicht in 4) des Verschlusselements 178 und
entgegengesetz nach oben gegen den Flächenabschnitt 180 des
Ventilelements 86 und drückt es in seine geschlossene
Position (wie dargestellt). Die Feder 90 übt eine
relativ geringe Kraft auf das Ventilelement 86 aus, um
es in seiner geschlossenen Position zu halten, mit Ausnahme der
Zeiten, wenn Kraftstoff in das System 64 durch das Rohr 66 eingefüllt wird
und auf den Flächenabschnitt 180 des
Ventilelements 86 auftrifft und es unter weiterer Kompression
der Feder 90 nach unten drückt.
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Die
Erweiterungen 172, 174 und 176 sind so dimensioniert,
dass sie einen relativ langen Hub des Ventilelements 86 erlauben,
sodass es eine axiale Verschiebung vollführen kann, die annährend gleich seinem
Durchmesser ist. Dies stellt sicher, dass es keine Einschränkung beim
Fluidaustritt durch die zweite Öffnung 116 gibt.
Die Flächenabschnitt 180 ist profiliert,
wodurch der auf den Flächenabschnitt 180 auftreffende
Kraftstoff radial nach außen
gleichmäßig über den
gesamten Umfang abgelenkt wird und die Schnellkupplung 62 durch
die Umfangsöffnungen zwischen
den Erweiterungen 172, 174 und 176 verlässt. Durch
diese Durchflusseigenschaften werden radiale Lasten auf das Ventilelement 66 verteilt
und es wird verhindert, dass es radial oder drehend verschoben wird.
Sobald der Auftankvorgang vollendet ist, wird das Ventilelement 86 durch
die Feder 90 gegen den Ventilsitz 88 rückgestellt.
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Wie
in dem vergrößerten Abschnitt
in 4 am besten zu erkennen ist, bildet das Gehäuse 110 einen
radial nach innen gerichteten Absatz 184 an einem dem Flansch 120 des
ersten Abstandhalters 118 benachbarten Ort und eine sich
axial öffnende
Umfangsnut 186 ist in dem Absatz 184 gebildet.
Eine ringförmige
Gummilippendichtung 188 ist gegen den Ventilsitz 88 positioniert,
um den abdichtenden Eingriff zwischen dem Ventilelement 86 und
dem Ventilsitz 88 sicherzustellen. Der radial innerste
Abschnitt der Lippendichtung 188 hat einen relativ dünnen flexiblen
Abschnitt, um geringfügige
Unregelmäßigkeiten
des Abstands zwischen dem Ventilelement und dem Ventilsitz 88 in
der geschlossenen Position auszugleichen. Der radial äußerste Rand
der Lippendichtung 188 hat einen verdickten Dichtungswulst 190,
der in der Nut 186 angeordnet ist. In dem in 4 gezeigten
montierten Zustand liegt der erste Abstandhalter 118 an
der oberen Oberfläche
des Dichtungswulsts 190 an und hält ihn in der dargestellten
Position, während
der radial innerste Abschnitt der Lippendichtung 188 ein
gewisses Maß axialer Bewegungsfreiheit
hat.
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In 4 und 5 sind
die Strukturdetails des Flansches 92 sowie seine Verbindung
mit dem Gehäuse 110 dargestellt.
Die innere Umfangsfläche des
Nabenabschnitts 96 des Flansches 92 hat eine Reihe
von nach innen gerichteten Rampen- und Anlageflächen 192 bzw. 194,
die mit dazu passenden Ansätzen 196 zusammenwirken,
die mit dem Gehäuse 110 einstückig geformt
sind und von diesem radial nach außen vorspringen. Die Rampenflächen 192, die
Anlageflächen 194 und
die Ansätze 196 wirken zusammen
und bilden eine Bajonettverschluss-artige Verbindung, die vorzugsweise
eine Einmal-Einschnappverbindung ist und die nachfolgende Demontage
verhindert.
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Die
Schnellkupplung 62 wird vorzugsweise in einem Prozess eingebaut,
der zunächst
die Vormontage derselben an dem Flansch 92 und anschließend das
Anbringen des Flansches 92 an der Außenfläche des Tanks 68 durch
Verschmelzen, Reibschweißen
oder warmhärtende
Verschweißung
einschließt,
wobei der Nebenabschnitt 96 durch die Öffnung 98 (siehe 2)
des Tanks 68 ragt. Vor der Montage wird ein (in der Ansicht
in 5) nach unten vorspringender Wulst 198 aus
Opfermaterial einstückig
mit dem Flansch 92 gebildet, der beim Verschweißen des
Flansches 92 mit dem Tank 68 schmilzt und sich
mit dem geschmolzenen Material von der Oberfläche des Tanks 68 mischt
und verbindet, um eine Schweißung 94 zu
bilden. Wenn der Schweißprozess
vollendet ist, liegt die untere Oberfläche des Flansches 92 abdichtend
an der äußeren Oberfläche des
Tanks 68 an, wie durch die Linie B-B in 5 dargestellt.
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Bevor
der Flansch 92 an dem Tank 68 befestigt wurde,
wird die Schnellkupplung 62 einfach eingebaut, indem sie
mit dem das Rückschlagventil 84 enthaltenden
Ende voraus durch eine in dem Nabenabschnitt 96 gebildete Öffnung 200 eingeführt wird und
das Gehäuse 110 anschließend gedreht
wird, bis die Ansätze 196 sich
mit den Rampenflächen 192 und
den Anschlagflächen 194 verzahnen.
Dabei wird das Gehäuse 110 weiter
in den Tank gedrückt,
bis ein äußerer Flansch 202,
der von dem Gehäuse 110 radial
nach außen
verläuft,
an der obersten äußeren Oberfläche des
Flansches 92 anliegt und eine weitere Verschiebung nach
innen verhindert. In dieser Position haben das Gehäuse 110 und
der Flansch 62 eine ringförmige konzentrische Vertiefung 202 an
der Grenzfläche
zwischen ihnen gebildet, in der eine Vierkant-Ringdichtung 204 aus
Gummi oder einem anderen geeigneten Material angeordnet ist, um
die Herstellung einer hermetischen Abdichtung zwischen ihnen sicherzustellen.
Schließlich
wird das Gehäuse 110 (in
der Ansicht in 3) im Uhrzeigersinn gedreht,
wodurch die obersten Oberflächen 208 der
Ansätze 196 radial
entlang der Oberflächen 192 des Flansches 62 gleiten,
bis sie in Eingriff mit den Anlageflächen 194 stehen, was
eine weitere Relativdrehung in beide Richtungen verhindert. Dieser
Prozess ist schnell, praktisch und kann ohne Spezialwerkzeuge durchgeführt werden.
Ferner ist keine Kennzeichnung zwischen dem Flansch 62 und
dem Tank 60 oder zwischen dem Einfüllrohr 66 und der
Schnellkupplung 62 erforderlich, was den Montageprozess weiter
vereinfacht.
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In 7 ist
eine Ausführungsform
eines Ventilelements 210 dargestellt, das einen Flächenabschnitt 212 enthält, an dem
einstückig
ein Schürzenab schnitt 214 angeformt
ist. Ein Block aus schwimmendem Material, wie zum Beispiel geschlossenzelliger
Schaum 216, ist an der inneren Fläche des Flächenabschnitts 212 des
Ventilelements 210 angebracht, um eine zusätzliche
Vorspannung des Ventilelements 210 gegen den Ventilsitz
(siehe 4) zu schaffen, wenn der Abschnitt der Schnellkupplung 62 in
flüssigen
Kraftstoff innerhalb des Tanks 68 eintaucht. Das Schwimmmaterial 216 ist
von der inneren Umfangsschürze 214 beabstandet,
um einen Spalt für
die Feder 90 (in 7 nicht
gezeigt) freizulassen.
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Das
Ventilelement 210 hat einen zylindrischen Abschnitt 218,
einen Zwischenflächenabschnitt 212 und
einen Schürzenabschnitt 214,
der dazwischen einen radialen Absatz 220 bildet. In dieser Ausführungsform
ist keine Lippendichtung in dem Gehäuse 110 montiert.
Vielmehr sitzt eine ringförmige
Gummidichtung 222 in Presspassung über dem Zwischenabschnitt 218 und
liegt am Absatz 220 an. Auf diese Weise wird in der Anwendung
die Rückschlagventildichtung 222 von
dem Ventilelement 210 getragen.
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Es
versteht sich, dass die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte
Ausführungsformen
in Variationen beschrieben wurde, um die früher beschriebenen Merkmale
und Vorteile darzulegen, und dass die Ausführungsformen Modifikationen
unterliegen können,
wie für
den Durchschnittsfachmann offensichtlich ist. Demgemäß sind die
vorstehenden Ausführungen
nicht in einem einschränkenden
Sinn auszulegen.
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Die
Erfindung wurde in erläuternder
Weise beschrieben und es versteht sich, dass die verwendete Terminologie
eher als Worte der Beschreibung als der Einschränkung zu betrachten ist.
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Offensichtlich
sind viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung
im Rahmen der vorstehenden Lehre möglich. Es versteht sich daher,
dass innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Patentansprüche, in
denen die Bezugszeichen nur der Einfachheit halber vorhanden sind
und in keiner Weise einschränkend
sein sollen, die Erfindung in der Praxis in anderer Weise als ausdrücklich beschrieben
ausgeführt
werden kann.